工业锅炉能效测试技术——数据计算与分析

工业锅炉能效测试技术 数据计算与分析,宋吉民 沈阳特种设备检测研究院,目 录,第一节 锅炉物质平衡及热平衡 第二节 锅炉正平衡效率计算 第三节 锅炉反平衡效率计算 第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算 第五节 数据折算和修正,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,一、锅炉物质平衡锅炉的物质平衡指的是锅炉正常运行中，输入锅炉的物质的质量等于输出物质的质量。由于锅炉包括“锅”和“炉”两个方面，所以物质平衡也包括两个方面：炉侧（燃料侧）物质平衡和锅侧（工质侧）物质平衡 锅炉内物质：风、烟 煤、灰 汽、水风-烟 、煤-灰燃料侧物质平衡 汽、水工质侧物质平衡,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,（一）燃料侧物质平衡对固体燃料，一般是由可燃质（C、H、S）和不可燃质（O、N、A、M）组成的，可燃质燃烧后形成烟气，其气态形式从炉内排出，而不可燃质除一部分挥发成气态以外，其他部分以固态物质存在，残存的固态物质就是灰渣。灰渣来自燃料中的灰分。可燃质（C、H、S） 烟气不可燃质（O、N、A、M） 灰渣,燃料,1、灰平衡当锅炉连续稳定地运行时，单位时间内进入锅炉中的灰量等于从锅炉排出的灰量，这就是锅炉的灰平衡。,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,灰渣的外排：一部分灰渣在炉内排出，叫做炉渣；有时炉排会有漏煤，或回用，或排出；另一部分细颗粒灰分被烟气夹带而去，叫做飞灰。 炉渣、漏煤和飞灰各占燃料灰分的比值称为炉渣份额、漏煤份额和飞灰份额。（灰比）,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,对于一台锅炉的灰平衡，由于飞灰部分地在对流烟道内沉降，因而排烟中的飞灰量少于炉膛出口的飞灰量，即,对于全炉的灰平衡，,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,2、风平衡风平衡是指送入锅炉的风量加上漏入锅炉的风量等于从锅炉排出的风量。 过量空气系数实际送风量与理论送风量的比值即为过量空气系数。进入炉膛以前的过量空气系数用 表 示，进入炉膛以后的过量空 气系数用 表示。 漏风系数漏风系数即为漏风量与理论空气量的比值，用 表示 由于锅炉一般是在“负压”下运行，即炉膛和烟道内的压力略低于炉外大气压力，以避免向炉外喷火、冒烟。因而会通过炉门、看火孔以及炉墙不严密处向锅炉内漏入空气。,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,受热面的风平衡 对任何一个受热面来说，,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,炉膛风平衡,过热器风平衡,省煤器风平衡,热 空 气,空气预热器风平衡,冷 空 气,空气侧风平衡,热风道在无泄漏情况下的风平衡按下式计算：,如果对流烟道各处漏风系数的总和为 ，炉膛出口过量空气系数为 ，则烟气离开锅炉时，排烟的过量空气系数为,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,(二) 工质侧物质平衡工质侧物质平衡主要是汽水平衡。汽水平衡：送入锅炉的水量等于排出锅炉的水量和汽量之和。即：Ggs = D + Dzy + Dpw,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,Ggs锅炉给水量,Dpw排污量,D输出蒸汽流量 Dzy 锅炉自用蒸汽量,汽水平衡模型 1-锅筒 2-省煤器 3-蒸汽过热器,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,排污率 ：排污水量占蒸汽量的百分比。,如 ， 则,二、锅炉热平衡锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间热量的平衡关系。 以1kg固体或液体燃料或标准状态下1m3气体燃料为基准来计算的。,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,热平衡方程,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,Qr Q1 + Q2 + Q3+ Q4 + Q5 + Q6,Qr锅炉输入热量； Q1锅炉输出热量； Q2排烟热损失； Q3气体未完全燃烧热损失； Q4固体未完全燃烧热损失； Q5散热损失； Q6灰渣物理热损失。,式中,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,若以锅炉输入热量的百分率来表示，则可得,q1 输出热量占输入热量的百分比（%）； q2 排烟热损失占输入热量的百分比（%）； q3 气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分比（%）； q4 固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分比（%）； q5 散热损失占输入热量的百分比（%）； q6 灰渣物理热损失占输入热量的百分比（%）。,式中,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,锅炉热平衡示意图,Qr 输入热量 Q1 有效利用热量 Q2 排烟热损失 Q3 气体未完全燃烧热损失 Q4 固体未完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失,锅炉热平衡图,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,锅炉热平衡图,Qr 输入热量 Q1 有效利用热量 Q2 排烟热损失 Q3 气体未完全燃烧热损失 Q4 固体未完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失,第一节 锅炉物质平衡及热平衡,第二节 锅炉正平衡效率计算,一、锅炉输入热量,收到基低位发热值,加热燃料或外来热,燃料物理热,自用蒸汽带入热量,锅炉正平衡效率即为锅炉输出热量占锅炉输入热量的百分率。,第二节 锅炉正平衡效率计算,各项热量的计算公式为：,第二节 锅炉正平衡效率计算,第二节 锅炉正平衡效率计算,二、锅炉输出热量,第二节 锅炉正平衡效率计算,对于饱和蒸汽锅炉,第二节 锅炉正平衡效率计算,对于过热蒸汽锅炉当测量给水流量时，当测量过热蒸汽流量时，,第二节 锅炉正平衡效率计算,对于热水锅炉和热油载体锅炉，,对于电加热锅炉，其输出热量按每小时作为计算单位，而不是按每千克或每标准立方米燃料作为计算单位，因此，其输出热量计算公式是：,对于输出饱和蒸汽时，,对于输出热水和热油载体时，,锅炉反平衡效率在锅炉热平衡试验中，通过计算各项热损失，算出锅炉的热效率。,第三节 锅炉反平衡效率计算,一、排烟热损失q2由于锅炉排烟带走的热量占输入热量的百分率 。 q2产生的原因 是由于排出锅炉的烟气焓大于进入锅炉的空气焓而造成的热损失。所以，排烟损失的热量为烟气带走的热量与空气带入锅炉的热量的差值。,q2计算公式：,第三节 锅炉反平衡效率计算,Hpy排烟处烟气焓，kJ/kg；kJ/m3 Hlk入炉冷空气焓， kJ/kg 修正系数（%），,q2的主要影响因素 排烟温度：排烟温度，q2一般排烟温度提高10，q2约增加1% 排烟量 ：排烟量，q2,第三节 锅炉反平衡效率计算,二、 气体未完全燃烧损失q3 可燃气体成分因未放出其燃烧热，而造成的热量损失占输入热量的百分率。 q3产生原因燃料的可燃挥发份在燃烧过程中，可能由于空气不足，或是空气与燃料混合状况不良，或是炉温不高等原因，部分可燃气体（如CO、H2、CH4等）未能在炉膛中燃烧完就随烟气从锅炉中排出，从而造成热量损失。,第三节 锅炉反平衡效率计算,q3计算公式：,第三节 锅炉反平衡效率计算,式中 排烟处干烟气体积（m3/kg；m3/ m3）；排烟处烟气中CO、H2、CmHn的含量（%）.,q3的主要影响因素 燃料挥发分燃料挥发分， q3 过量空气系数过量空气系数， q3足够的氧气与可燃气体混合 炉膛温度：炉膛温度， q3当炉膛温度低于800时，CO很难燃烧 炉内烟气混合流动情况： 混合越好，q3,第三节 锅炉反平衡效率计算,三、固体未完全燃烧损失q4 灰渣中未燃尽可燃物造成的热损失占输入热量的百分率。 q4产生原因燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。,第三节 锅炉反平衡效率计算,q4计算公式：,第三节 锅炉反平衡效率计算,q4的主要影响因素 燃料特性燃料的灰分越高，灰分熔点越低，炉渣损失越大；煤的挥发分低而结焦性强时，易形成熔渣，炉渣损失也大；水分低而结焦性弱且细末又多时，飞灰损失大。 燃烧方式不同的燃烧方式直接决定了各项固体未完全损失的大小，机械或者风力抛煤机炉比链条炉的飞灰损失大；煤粉炉尽管不漏风，但飞灰损失远远大于层燃炉；炉排间隙大，则漏煤损失严重。,第三节 锅炉反平衡效率计算,锅炉运行水平 当锅炉负荷增大时，燃料增加，风量相应提高，风速增加，飞灰损失加大；层燃炉的煤层厚度、链条炉炉排速度及风量分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。,第三节 锅炉反平衡效率计算,四、散热损失q5 锅炉向四周环境散热的热量占输入热量的百分率 。 q5产生原因锅炉正常运行时，由于炉墙、金属结构，锅炉范围内的烟风道，汽水管道，联箱等温度高于环境温度，所以总要通过对流和辐射方式向大气中散热。这部分热损失为散热损失。,第三节 锅炉反平衡效率计算,散热损失的计算方法包括热流计法、查表法和计算法。 （一）热流计法,第三节 锅炉反平衡效率计算,式中 q1、q2、qn分别为各区段的散热强度（kJ/m2h） F1、F2、Fn分别为各区段的面积（m2）各区段的面积一般不得大于2m2,第三节 锅炉反平衡效率计算,（二）查表法(散装锅炉)蒸汽锅炉散热损失,热水锅炉散热损失,（三）计算法快、组装锅炉（包括燃油、气锅炉和电加热锅炉）的散热损失按下式计算：,第三节 锅炉反平衡效率计算,式中 F锅炉散热表面积（m2）,q5的影响因素锅炉散热表面积、表面温度、保温层性能和厚度以及环境温度等。一般来说，随着锅炉容量的增大，燃料消耗量成比例增加，但是锅炉的外表面积并不是成比例增加的，因此单位燃料对应的外表面积反而是较小的，因此散热损失随着锅炉容量的增大是减小的。,第三节 锅炉反平衡效率计算,第三节 锅炉反平衡效率计算,五、灰渣物理热损失q6 炉渣、漏煤或溢流灰排出锅炉时带走的热量占输入热量的百分率。q6计算公式：炉渣温度的选取：流化床：800，固态炉及火床炉：600 q6产生原因由灰平衡可知，燃固体燃料的锅炉，其炉渣以不同形式外排，这些灰从炉内排出时，都具有一定的温度，要带走一部分热量，由此引起的热损失叫灰渣热物理损失。,一、排烟热损失q2,不同燃料的计算系数,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,二、气体未完全燃烧热损失q3,气体未完全燃烧热损失（q3）,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,三、固体未完全燃烧热损失q4,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,飞灰、漏煤、炉渣含灰量占入炉燃料总灰量的重量百分比（%）,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,注：在选取时，应满足fh+lm+lz =100 对于燃油、燃气锅炉，q4为0,四、散热损失q5,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,1、锅炉实际运行出力不低于额定出力的75时，散热损失按表选取.,锅炉额定出力下散热损失q5,2、当锅炉实际运行出力低于额定出力的75时，散热损失按照下式修正：,热水锅炉：,蒸汽锅炉：,3、当锅炉实际运行出力低于额定出力30时，按30出力条件进行修正；无法计量锅炉出力时，实际出力按额定出力的65计算。,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,五、灰渣物理热损失q6,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,层燃炉和固态排渣煤粉炉炉渣温度按600选取， 流化床锅炉炉渣温度按800选取。对于燃油、燃气锅炉，q6为0。,六、锅炉热效率（j）,第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算,四个方面,第五节 数据折算和修正,锅炉蒸发量修正,锅炉热效率折算,锅炉散热损失修正,热油载体锅炉导热油的比热容修正,一、锅炉蒸发量修正GB/T10180-2003第7.7条b)款规定：当蒸汽和给水的实测参数与设计不一致时，锅炉的蒸发量应按下式进行修正。,第五节 数据折算和修正,对饱和蒸汽锅炉：,对过热蒸汽锅炉：,式中,折算蒸发量（t/h）；,输出蒸发量（t/h）；,过热蒸汽、饱和蒸汽、给水的实测参数下的焓（kJ/kg）,过热蒸汽、饱和蒸汽、给水的设计参数下的焓（kJ/kg）,第五节 数据折算和修正,例：某台锅炉型号为SHL20-2.5/400-AII，其设计给水温度为105，设计给水压力为2.7Mpa，实测锅炉出力为20142kg/h, 给水温度为90，蒸汽压力为2.45 Mpa，过热蒸汽温度为390。试计算折算蒸发量。查焓值表得 =3239.00 kJ/kg； =441.99 kJ/kg； =3216.75 kJ/kg； =379.00 kJ/kg；,kg/h,根据公式可得,第五节 数据折算和修正,二、锅炉热效率折算 （一）蒸汽锅炉热效率折算 GB/T10180-2003第7.4条d)款规定： 蒸汽锅炉实际给水温度与设计值之差宜控制+30-20之间。当实际给水温度与设计给水温度之偏差超过-20时，测得锅炉效率应按照每相差-60效率数值下降1%进行折算，不足或大于-60，则按此比例折算。在测试报告结果分析中对此给以扣除。对无省煤器的锅炉则不予扣除。这是因为给水直接进入锅筒，在计算上就不用以进水温度来计算省煤器温差，而在计算算对流受热面时，工质的温度均以饱和温度来计算，这样进水温度低反映在锅筒压力下降上，只要锅筒压力保持在规定范围，其温度就反映不出了。,第五节 数据折算和修正,计算公式例： 一台锅炉设计给水温度为105，实测温度为34，锅炉效率为80%， 试计算折算热效率,第五节 数据折算和修正,折算=实测折算=80%1.18%=78.82%,（二）热水锅炉热效率折算GB/T10180-2003第7.4条e款规定:热水锅炉的进水温度和出水温度与设计值之差不宜大于5。当实际进、出水温度平均值与设计温度平均值之偏差超过-5时，应对测试效率进行折算。对于燃煤锅炉出水温度与额定温度相差-15 时，效率数值下降1%；对燃油、燃气锅炉出水温度与额定温度相差-25时效率数值下降1%，不足或大于上述温度时，按比例折算等。无论有无省煤器，在测试报告结果分析中，对此予以扣除。带有空气预热器的大容量热水锅炉出水温度偏差的效率折算的方法协商解决。,第五节 数据折算和修正,燃煤锅炉：,燃油(气)锅炉：,第五节 数据折算和修正,例：一台燃煤锅炉设计出水温度130，实际出水平均温度102，其测试锅炉效率81%。计算折算热效率。,折算=实测折算=81%1.87%=79.13%,例：一台燃油锅炉设计出水温度95，实际出水平均温度84，其测试锅炉效率90%。计算折算热效率。,折算 =实测折算=90%0.44%=89.56%,第五节 数据折算和修正,三、锅炉散热损失修正工业锅炉能效测试与评价规则（TSG G0003-2010）中规定:对于工业锅炉运行工况热效率详细测试和简单测试，其散热损失均应进行修正。,第五节 数据折算和修正,例：一台DZL10-1.25-AII型燃煤蒸汽锅炉，用简单测试法进行能效测试实测锅炉出力为2500.00kg/h。按TSG G0003-2010中相关规定锅炉出力低于30%时按30%出力进行折算。查表10t/h锅炉: q5ed=1.7=1.7(10000/3000)=5.67%,第五节 数据折算和修正,例：一台DZL2.8-1.25/95/70-AII型燃煤热水锅炉，用简单测试法进行能效测试：实测锅炉出力为1.4MW。 查表q5ed=1.7则q5为：q5=2.9(2.81.4)=5.80%,第五节 数据折算和修正,四、热油载体锅炉导热油的比热容修正GB/T10180-2003第7.9条规定:在计算热油载体锅炉的载热量时，导热油的比热容以其实测温度下的进、出口油的比热容与在0时的比热容的平均值为准。,第五节 数据折算和修正,第五节 数据折算和修正,热油载体流量(kg/h),为实测温度下的进、出口油比热容与在0的比热容的平均值(kJ/kg.),为进、出口实测温度下的比热容(kJ/kg.),为0下的比热容(kJ/kg.),计算公式,例：某热油载体锅炉的进油温度为220，出油温度为250。试计算进出口热油载体焓值。根据热油载体锅炉所使用的热油载体物理特性表查得：0时的比热容为C0=1.7019kJ/kg 220时比热容为C220=3.1052 kJ/kg250时比热容为C250=3.2993 kJ/kg则进油平均比热容C-220=（C220+C0）/2=2.4036 kJ/kg进油焓hj= C-220t进 =2.4036220=528.78 kJ/kg出油平均比热容C-250=（C250+C0）/2=2.5006 kJ/kg出油焓hc= C-250t出=2.5006250=625.15 kJ/kg,第五节 数据折算和修正,结束语,谢谢！2012、11、27,